随着物质结构的研究开始进入了微观领域，人们已经在这方面取得了重大的进展，特别是物理学中，建立了研究物质微观结构的三个分支学科，即原子物理、原子核物理和粒子物理;发现了微观世界的运动规律，创造了量子力学和量子场论;原子能的释放，为人类社会提供了一种新能源，推动社会进入原子能时代。在能源紧张的情况下，核物理的研究更具备重要意义。核物理是国际上竞争十分剧烈的科技领域，各国都投入大量人力物力从事这方面的研究工作。
一、原子能发展的历史
(一)原子能的发现与它产生的能量
1896年法国科学家贝可勒尔发现了铀的天然放射性。自铀的放射性被发现以来，核能与核技术的发展十分迅速。铀235裂变后，除产生很强的放射线，释放出大量中子外，还要释放出巨大能量。1905年，德国物理学家爱因斯坦在狭义相对论中提出了一个著名的质能公式E=mc2。这个公式说明，任何物质都有质量，也有相当的能量。物质的质量可以转换成巨大的能量，其大小是质量乘以光速的平方。当时没有人意识到，这个质能公式为核裂变、核聚变奠定了理论基础。
(二)核能的产生与应用
原子能即核能，它来自于原子核。核能的产生有两种途径：一种是原子核裂变时会释放出巨大的能量。中子轰击铀的产物中会出现中等质量的原子核。另一种是原子核聚变时也会释放出巨大的能量。当四个氢或两个氘结合成一个氦时，会放出很大的能量，这种轻原子核聚合成较重原子核的现象称为原子核聚变。在宇宙中能量的主要来源就是原子核的聚变，即炽热的太阳和宇宙中的其他大量恒星，能长时间发热、发光，能量都是由于轻核聚变的结果，因为太阳和恒星中存在的主要元素是氢。
核电站和原子弹是核裂变能的两大应用，两者机制上的差异主要在于链式反应速度是否受到控制。核电站的关键设备是核反应堆，核反应堆有多种类型，它相当于火电站的锅炉，受控的链式反应就在这里进行。
二、原子能的特点和意义
(一)核能能量密度大
从下面核能与化学能的比较我们可以很清楚地看到它们之间的差距。
裂变 1千克铀-235放出热量 19 600 000 000千卡
燃烧1千克标准煤放出热量
7 000千卡
燃烧1升重油放出热量9 900千卡
燃烧1立方米天然气放出热量
9 800千卡
同一质量下,核能比化学能大几百万倍。从上述数据中，我们可以看到，1千克铀-235放出热量相当于燃烧约2 700吨标准煤。
(二)核能反应速率快
从原子弹的爆炸我们就可以领教核能的反应速度。1945年在日本广岛、长崎投放的原子弹爆炸会产生蘑菇云，那是为什么呢?就是因为核能在瞬间产生的巨大能量，急剧压缩其周围的空气形成压差，导致强烈气流流动形成的。
(三)核裂变反应不需要氧气
核裂变不是氧化反应，只是一个重核裂开为两个轻核(指铀、钍、钚)，这种裂变过程中会释放出2到3个中子，这些中子又会继续激发其他的重原子裂变……使这过程按照链式反应规律持续进行下去，不需要氧气的参与。
(四)核裂变过程伴随放射性物质的产生
由于裂变本身释放分裂的核内中子，所以如果将足够数量的放射性物质(如铀-235)堆在一起，那么一个核的自发裂变将触发近旁两个或更多核的裂变，其中每一个至少又触发另外两个核的裂变。原子弹就是一种利用核裂变原理制成的核武器。它是由美国最先研制成功的，具有非常强的破坏力与杀伤力，在爆炸的同时会放出强烈的核辐射，危害生物组织。东京电力公司从福岛第一核电站3号机组厂房检测出积水中的放射性物质包括铈-144、碘-131、钴-60、锝-99m、铯134、铯137、钡140以及镧140等。这些都是核裂变的产物，
三、在能源开发中核物理研究起关键作用
(一)由于地球资源的减少，能源开发势在必行
二战以后进入核能时代，在能源开发战略中，核能开发是最主要的首选。随着人类社会的发展，人们对能源的需要已越来越大。现有能源存储量的估计可能偏低，目前还在不断地发现新的矿藏。就算存储量再提高一倍，这个数字看来也是很有限的。核能是地球上储量最丰富的能源，又是高度浓集的能源。因此，随着人口数量的增长，能源消耗量的增加，寻找新能源已引起人们的极大关切。因此，核能是一个很重要的潜在能源。
(二)现阶段，核物理研究在能源开发中的状况
核能与核技术目前正处于成长和成熟时期，其主要标志是基础核技术与核军事技术已趋于成熟，形成产业，并且具有相当可观的价值。而其他方面尚有大量的新领域正待开发，世界各国却大量投入人力、物力进行开发，经济效益和社会效益激增。核能与核技术强大的技术优势决定了其强有力的生命力，是其他技术无法取代的。它在解决人类面临的一些重大问题，如能源、环境、资源、人口和粮食等方面具有极为重要的作用，而且对于传统行业的改造和促进新技术革命的到来将产生深远影响。
(三)今后核能应用与研究中要注意的问题
首先要注意核能具有放射性，若其扩散到外部环境，会给地球生态和人民群众造成巨大损失。因此必须要防止核泄漏。否则可能将引起一场大爆炸，这也是核能发电最大的担忧。如1986年4月26日前苏联切尔诺贝利核电站发生的事故，波及范围之广，持续时间之长，死伤人员之多，一直值得我们反思。其次要和平利用核能，避免由于政治歧见，产生纷争，影响和平利用。绿色和平组织曾经说过，“我们非常清楚，一个核反应堆可以污染一半地球”。最后，还要防止有人恶意破坏，核设施必须严守安全这关。避免恐怖分子袭击，制造恐怖事件。目前各国分别采取行动，如俄罗斯，突出开发核能更重安全，正加紧研制更安全的第四代核反应堆技术。
